南极的由来

　　从地球仪上，我们可以发现一个有趣的现象：在南极和北极地区，海陆分布似乎恰恰相反。在南极区域，以极点为中心向外扩展的南极洲大陆，大陆周围是洋面；相反，在北极区域，以极点为中心向外发射的是北冰洋洋面，洋面四周几乎全为陆地或岛屿所包围。如果比较南极洲和北冰洋的面积，两者竟然非常接近，前者为1425万平方公里，后者为1321万平方公里。若把南极洲大陆自东向西转动100经度，然后再将两极区重合在一起，不难发现，南极的陆区几乎正好填充了北极区的海域。据此，有人推测，在地球发展史上的某个阶段，似乎有某种宇宙压力施向北极一端，造成一块巨大的凹陷区域，使北冰洋的平均深度达1097米，这种宇宙压力再通过地球内部传到南极一端，形成一个巨大的隆起区域，使南极大陆平均隆起高达2350米。

    上述现象也许仅仅是个偶合，但南极洲大陆的由来却是有其渊源的。
　　地学家们公认，南极洲大陆是由冈瓦纳大陆分离、解体、漂移而成为现在的状况。
　　简单说来，在一亿九千五百万年以前，整个地球为一块巨大的“联合古陆”。此后，这块超级大陆逐渐分裂为劳亚大陆和冈瓦纳大陆。大约在一亿七千万年前，冈瓦纳大陆又分裂为东、西冈瓦纳大陆，东冈瓦纳大陆由南极洲、印度、新西兰和澳大利亚组成。大约在五千三百万年前，澳大利亚与南极洲开始分离；之后，约在三千九百万年前，澳大利亚与南极洲最后分离，并经过逐渐漂移，南极洲大陆移到了现今的位置。

南极在地球上的地位

　　多少年来，人们一直对南极地区迷恋，渴望揭开南极之谜。究其目的，不外包括科学的、经济的、战略上的和政治上的原因。
科学研究的宝地

    科学家们发现，由于南极地区特殊的位置和下垫面以及奇特的环境状态，有许多学科的研究必须在南极地区这个天然实验室内进行，另一方面，有关南极地区的一些科学问题具有全球性意义，与人类的前途和命运休戚相关。

　　众所周知，太阳辐射能是控制高空大气物理现象的能源。由于南极地区的太阳辐射能和地磁场与地球上其它地区迥然不同，因而，只有在南极地区上空，表征太阳辐射能的太阳风和其它高层空间中的带电能量粒子易于进入，并通过电离层向中低层大气输送，形成一系列重要的物理现象，如极光、哨声、粒子沉降和地磁脉动等。因而，要研究上述特殊物理现象，非在南极地区不可。
　　极为纯洁的自然环境，是南极地区得天独厚的条件。因而，研究全球环境变化必须以南极地区环境为基准点。南极大陆几千米厚的大冰盖是反演古环境的极好地方。

　　全球气候变化是当今举世瞩目的重要课题，南极地区气候变化是全球气候变化的关键区和敏感区域。科学家们目前正力图从此发现全球气候变化前的征兆。
　　南极地区上空臭氧洞的成因及其对人类和自然界的危害，正为科学家们所关注。为什么南极的臭氧洞比北极上空更显著？近数十年来南极上空臭氧总量的减少与波动，是本身的自然变化规律，还是人类活动的破坏？这都是科学工作者渴望解决的问题。
　　凡此种种，不胜枚举。
丰富的资源
　　南极地区诱人的资源很多，首先当推南极大陆的矿产资源，其次是海洋生物资源。
　　世界上最大的铁矿储藏地区。位于南极大陆的铁矿蕴藏丰富，含铁品位高，有“南极铁山”之称，可供世界开发利用200年，为世界之最。
　　世界上最大的煤田。南极大陆二叠纪煤层广泛分布于东南极洲的冰盖下，储藏量约达5000亿吨。
　　石油资源极为丰富。南极大陆的石油储量还未查清，但至少是非常有潜力的世界资源。
　　磷虾是南大洋的特殊水产资源，其蕴藏量约为4亿吨～6亿吨，从生态平衡观点来看，可以每年捕获5000万吨，它相当于当今世界总渔获量的一半。
　　世界最大的淡水资源库。仅南极大陆，就储存了人类可用淡水的72%。
　　应该指出，南极地区的资源正等待人类去发掘、去查清。
世界战略要地
　　南极大陆未来的开发利用，已经为世界各国关注。各种瓜分南极的主张和借口应运而生。其目的主要在于夺取南极大陆丰富的资源--尤其是能源。各国政府耗资巨大地支持南极探险和考察，其重要目的之一就在于跻身南极，为未来着眼。
    目前已有26个国家在南极设立了科学考察站，从下图中你能根据它们的国旗说出这些国家的名字吗？

　　总之，南极地区在全球的地位越来越显著。我们相信，随着科学的发展，南极地区将是21世纪的热点。

科学探索的圣地

　　多少年来，科学家们一直迷恋着南极大陆，迷恋着南极地区奇奇怪怪的自然景象。科学家们在荒无人烟的南极大陆冰盖上度过了自己的青春年华，在严酷的自然环境中洒下了科学家青春的热血，甚至献出了宝贵的生命。在酷寒的极夜里，有人为了抓拍极光照片，被下降风暴卷进了冰雪世界，与南极冰盖永世共存；在漫长的极昼中，有人为了采集生物标本而坠入大海，加入了绕极洋流的行列；在建立我国中山站的过程中， 位中华男儿和“极地号”几乎被冰崩吞没在南极普里兹湾……

　　在茫茫的南极大冰盖上，没有人烟，没有鲜花，没有绿草；在漫长的极夜里甚至没有了人类赖以生存的阳光。这儿只有酷寒的气候，有远比台风还强劲的下降风暴，有被下降风卷起百丈高的雪柱冰花，……是什么诱使科学家们迷恋这块极地？是什么使科学家们心甘情愿为它献出宝贵的青春？回答很简单：这儿埋藏着无数科学之谜，是科学研究的圣地。

古气候和古环境的档案室

　　气候变化早为人们关注，洪涝、旱灾早与人类的生产、生活甚至生死存亡休戚相关。自有文字以来，各地旱涝灾情的记载随处可见，可见气候与人类关系之密切。
　　近年来，人们又议论着一个新的话题：世界气候真的会越来越暖吗？世界气候变暖真能把南极大陆的冰盖融化吗？海平面真的会因此而出现灾难性的上升吗？……
　　过去，环境变化并未被人们重视。然而，近来，人们在关注气候变化的同时，也关心着环境状态的演变。诸如，城市空气是否变得污浊，饮用水和食物是否被污染，南极臭氧洞是否能向北移动威胁人类的安全，……
　　要评价现代气候和环境的变化很自然地要考证过去气候和环境的历史资料。然而，有观测记录的历史气候资料，最长的只有数百年，而历史环境资料就更短了，真正有观测记录的是最近几十年的事。
　　科学家们知道，气候和环境变化的准周期长短不一，有几年，几十年，几百年甚至几千年。因此，恢复古气候和古环境变化资料，是研究未来气候和环境演变的基础。
　　我国气候学奠基人竺可桢先生首先采用古代文字记载，物象等手段恢复了我国5000年来的气候演变，成为世界上研究古气候变化的一个里程碑。然而，恢复古环境资料，恢复比5000年更古老的气候资料仍然没有得到解决。

　　正当气候学家和环境学家冥思苦想的时候，冰川学家帮了大忙。
　　冰川学家在研究南极大陆冰盖的年龄及其形成的历史过程时，采用了钻取冰岩芯样品的方法来测定冰川的年龄和形成过程。他们发现，从冰川的冰岩芯样品中，不仅能测定冰川的年龄及其形成过程，还可以得到相应历史年代的气温和降水资料，以及相应年代的二氧化碳等大气化学成分含量，开辟了恢复古气候和古环境的新的道路。
　　由于南极大陆的冰盖厚度深达几百至几千米，而且气候极其寒冷，成冰过程中无融化现象，因而，从这儿钻取的冰岩芯样品能较准确地代表历史气候和环境的真实状况，这是南极得天独厚的条件。
　　记载表明，从南极大陆冰盖获取的冰岩芯样品，至今已超过2000米，获得了15万年以前的古气候和古环境资料。
　　怎样从冰岩芯中获取古气候和古环境资料呢？
　　首先，谈谈怎样获取冰龄的资料。南极大陆冰盖是由积雪本身的重量长年挤压而成，称作重力冰。在南极地区，由于气温低，积雪不融化，每年的积雪形成一层层沉积物，年覆一年，从底部至上逐渐形成一层层的冰层，越向上年代越新。冬季气温低，雪粒细而紧密；夏季气温高，雪粒粗而疏松；因而，冬夏季积雪形成的冰层之间具有显著的层理结构差异，宛如树干的年轮一样，用这种直观的方法只可辨认约90米厚的冰层，代表近500年的冰沉积。
　　要测定100米以上深度的冰层年龄，必须采用氧同位素方法。
    所谓氧的同位素，即同属氧元素（O）但具有不同质量数的氧原子，如16O，17O和18O就是氧的三种同位素。氧元素符号左上角的数就是它的质量数，显然，18O的质量大于16O。18O不易蒸发，16O易蒸发。因而，在夏天高温时，水中所含16O减少，故18O/16O的值增加；冬天低温时，18O/16O的值减小。据此，测定冰岩芯中各冰层的18O/16O值的变化，即可确定冰层的年龄：其比值的每一起伏为一年。
　　有了冰层的冰龄资料，再进一步确定各冰龄的气温和降水，便有了历史气候的最基本资料了。
　　原则上，可以根据各年冰层厚度来确定当年降水量。其条件是，必须选取风速很小地区的冰岩芯资料才能排除风吹雪的影响。如，在南极内陆区域，由于风速小，冰芯资料最理想。
　　用冰岩芯提取古代气温资料的方法，可通过如下途径来进行。
　　首先，实际测定一组现代南极冰盖上某点的气温以及相应时间降雪中18O/16O的值，得到南极地区气温与18O/16O值关系的曲线；之后，把过去某一年冰层中18O/16O值与上述曲线比较，即可知道当年的气温。
　　原苏联科学家利用这种方法，测定了南极东方站0～2038米的冰岩芯样，从中提取了15万年以来全球气温的变化资料。
　　获取古环境资料的方法可根据不同的大气化学成分而定。
　　二氧化碳与气候的密切关系，早为世界关注。因此，获取二氧化碳历史资料的问题首先得以提到日程。
　　在南极地区降雪堆积并挤压成冰层的过程中，总会保留下冰间空穴，，保存着当年的空气。在分析冰岩芯样品时，分析冰芯中滞留氧泡的大气化学成分，即可测得其二氧化碳的含量。有了上述测定冰龄的前提，二氧化碳的历史演变资料即可得到。
　　依照同样方法，还可分析得到诸如甲烷、氮等气体的历史资料。
　　从冰岩芯样品中还可分析其它各种元素成分的历史资料，如：硫，砷，氟，钾，……这些都是研究环境变化的重要依据。同钻取冰岩芯样品分析古气候和古环境资料的思路一样，从南极地区的湖底沉积中钻取岩芯，也可得到古气候和古环境的历史资料。
　　为什么从湖底沉积物的柱状剖面中能够提取古气候和古环境的信息呢？
　　大家知道，在气候严寒的极地条件下，温度是植物生长的主要限制因素。温度高，有利于植物生长，温度低，植物生长受到限制。可见，有机质含量高和植物残体丰富应指示相对高温条件；反之，有机质含量低和植物残体贫乏应指示相对低温状况。据此，可以用湖底沉积物样品各沉积层中的植物残体含量变化来定性地描述历史气温的变化趋势。另外，由于南极地区气温低，植物有机体分解缓慢，因而，湖底沉积物中能保存较多没有完全分解的或比较完整的植物残体，为我们通过湖底沉积物来反演历史气候变化资料提供了可能条件。
　　南极地区湖底沉积物样品的年龄是采用14C方法测定的。要知道14C方法测定年龄的道理，首先我们要了解什么叫14C。14C即原子质量数为14的碳原子。其次，我们要知道14C的性质。在自然界中，所有含碳物质均在与大气不断地交换，而产生新的14C补充于该含碳物质中；同时，按照放射性衰减的规律，14C又在不断地减少，如此补充和衰减的综合结果，使所有含碳物质中的14C含量保持动态平衡。然而，一旦含碳物质停止与大气交换（如：生物死亡，碳酸盐沉淀理藏于地下等），14C得不到补充，原来含有的14C将按其衰减规律减少，即每隔5730年左右，14C含量将减少一半。
　　了解了14C的性质，14C测年法也就不难明白了。从埋藏在地下的生物残体或含碳样品中，测定含碳样品中14C的原子数，再与现代自然界里相同含碳物质中14C的原子数相比较，就能知道样品的14C原子数减少了多少，根据其半衰减周期为5730±40年的规律，该样品的历史年代就可找到了。
　　南极地区为人类蕴藏了如此丰富的古气候和古环境档案资料，应该能为研究现代和未来气候的演变提供有效的科学依据。
　　例如，从南极内陆冰芯中获得的15万年来气温演变资料不难看出，距今2万年以来，全球气温开始上升，近1万年以来一直处于高温期间(间冰期)，这与近数十年来实测全球平均气温逐渐增高的结果相符。这是"人类活动影响全球变暖"的有力证据。于是，有人预测，未来气候将逐渐变暖，论据是工业发展和人类活动将不断排放出更多的二氧化碳和甲烷等温室气体，加热大气。然而，根据冰芯得到的气温历史资料也表明，在距今约12万年到14万年之间，地球上也有一个高温期，且其平均气温值要比近1万年来的平均气温值还要高。如果说，近一万年来，尤其是近百年来地球上气温升高是由于人类及工业活动的影响，那么，距今十多万年前的高温期是否也是受人类和工业活动的影响呢？从已知的人类发展史来看，显然，目前还没有充分的根据证明是人类活动的影响。
　　人类在讨论数十年来全球平均气温升高的原因时，往往归咎于二氧化碳含量增加产生的“温室效应”。若仅就这数十年的情况看，的确，两者之间似乎存在着正相关。然而，若仔细对比二氧化碳含量与气温变化之间关系，情况就不完全相同了。例如，距今11万年～10万年间，气温一直在升高，但同期的二氧化碳含量却在下降。这说明，气温和二氧化碳浓度变化之间并不一定都有明显的成正比变化的关系。
　　可见，由南极地区冰岩芯反演得到的古气候和古环境资料，一方面为未来气候和环境变化可提供预测依据，同时，也可为解释当今气候环境变化的原因提供有效的科学思路。

现代气候变化的敏感区

　　从南极地区冰岩芯和湖底沉积样品中提取古气候资料的信息，为研究现代气候变化提供了科学背景条件，有助于预告未来气候演变。例如，我们从南极东方站冰岩芯样品分析得到南极历史气温变化曲线中可以看出，近16万年来，南极内陆气温变化似乎有一个很长的周期。在距今12万年～14万年期间出现的一次高温期，之后，大约在距今130000年～116000年之间均为低温期，直到距今10000年后，才出现第二次高温期，两高温期间相距11万年。如果未来高温出现与过去历史相似的变化，则可估计未来1万年仍处于高温期，且高温数值与距今12万年～14万年间的情况相近。又如，根据竺可桢先生(1973)的研究，中国近5000年气温的变化表明:在公元前3000年至公元1000年间，中国气温虽有波动，但基本上均比当今气温高(正距平值约为1℃～2℃)；在公元1000年至1910年910年中，气温均比当今低约1℃；自1910年起，气温开始出现正距平。如果根据历史气候变化来推测未来气温变化的话，至少在公元2000年前均应为高温时段。
　　然而，未来气候的变化不一定都能按照过去历史演变过程而相似地进行，有时甚至完全相反。这是因为，要用历史气候演变来推断未来气候变化，只有当未来气候变化恰恰与历史演变过程相似时才有可能。然而，气候演变过程复杂多样，它受着若干因素的影响，而且这些因素之间又是相互作用、相互影响的，这就使得推测未来气候变化的难度增大。
　　那么，未来气候的变化过程主要受什么因素影响呢？
　　大家知道，气候变化的驱动力是太阳能。地球吸收太阳辐射，其中大约三分之一被反射回太空，其余的被地球及其周围大气（称作地-气系统）所吸收；地-气系统从太阳辐射中吸收的能量应当通过别的方式再发射回太空去，且发射的能量应基本上与吸收的相当。然而，在地-气系统中，有些因子能够改变地-气系统吸收发射辐射能量的能力，这就叫做对太阳辐射能的强迫力，也就是影响气候变化的外因之一。例如，由于地球表面的沙漠化和森林被破坏等原因，使得地球表面陆地的反射率增加，减少地球对太阳辐射能的吸收，改变了地-气系统的太阳辐射能收支状况，从而影响气候变化。又如，1990年～1991年的中东战争后，连绵持续的石油大火与浓烟，严重改变了中东上空的大气成分，阻断了太阳辐射能向地表发射，致使地面气温比正常情况低10℃左右。
　　影响气候变化的更重要的外部强迫力是温室效应。什么叫温室效应呢？根据太阳辐射波的长短不同，可分为短波太阳辐射和长波太阳辐射。短波太阳辐射的能量不易被大气吸收，但长波辐射的能量却易被几种微量气体（如，水汽，二氧化碳，甲烷，一氧化二氮及氟氯烃）吸收。当太阳辐射到达地表时，地表吸收其能量而增温，之后，再以长波辐射向大气发射，大气中的微量气体吸收这种长波辐射后增温，并且再向地表发射长波辐射，使近地面大气升温，这种现象就叫温室效应，这些微量气体又叫温室气体。打个比方，这些温室气体的作用像温室的玻璃一样，既能吸收太阳和地球表面发射的长波辐射能，又能把吸收到的这些长波辐射能反射到地球表面，升高气温。
　　除此以外，气候本身也会变化，这就是气候变化的内因。例如，占全球表面70%以上的海洋，它和全球大气间长期的相互作用变化也能引起气候变化；又如，地-气系统自身的不断变化也会影响气候，诸如极地冰覆盖面积变化对气候影响，青藏高原雪覆盖变化对气候的作用，等等。
　　另外，影响气候变化的内因与外因之间也会有相互作用。例如，南极大陆周围冰覆盖面积的变化（内因），必然影响太阳反照率，从而强迫改变了太阳辐射平衡值变化；再如，温室气体增加，使得气候变暖（外因），促使南极大陆及其四周的冰消融，改变地-气系统内的地表状态（内因）。
　　看来，影响现代气候变化的因素复杂多变，且各因素之间相互作用巨大，增加了预测气候变化的难度。
　　知道了影响气候变化的主要因素后，再来说明南极地区是全球气候变化的敏感地区和关键地区，应该比较容易了。
　　所谓敏感和关键地区，可从如下几个方面来阐述。
　　第一，南极地区的地-气系统是全球地-气系统的主要冷源，赤道附近的地-气系统是全球地-气系统的主要热源，两者遥相呼应，组成了全球热机的重要部分，是影响全球气候变化的主要因子。
　　众所周知，南极地区的地-气系统之所以成为全球地-气系统的冷源，除了因纬度高而太阳辐射弱以外，主要是由于具有广大的冰雪表面把太阳辐射反射回太空中的缘故。然而，气候学家们更关注的是南极地区冷源强度的变化，即南极地区海冰面积和海冰性质的变化。
　　首先是南极地区海冰面积的变化。观测表明，南极地区海冰面积的季节变化很大。在南极地区，2月（夏季）面积最小，约300万平方公里；9月～10月（冬季）面积最大，约2000万平方公里。极区海冰的年际变化以南极地区为显著。近10多年的卫星资料表明，冬季，南极海冰面积于1974年最小，1977年最大，两者相差约400万平方公里。
　　南极地区海冰面积的大小从两方面来影响气候的变化。第一，改变南极地区的海-冰-气热量和水汽交换。这是因为，海冰覆盖面积大时，南极地区海域的水面减小，从海洋向大气输送的热量和水汽减少；反之，水面增大，海洋向大气输送的热量和水汽增加。第二，改变南极地区下垫面对太阳辐射热量的吸收。这是因为，冰面的反照率要比水面的反照率高得多，海冰覆盖面积大时，南极地区海面吸收太阳辐射小，反之，吸收太阳辐射大。
　　以1974年和1977年冬季为例，取海冰平均厚度为1米，则上述两年南极海冰量相差为4×1012吨，其结冰时释放出的热量可达13.35×1020焦耳，若以其加热3400万平方公里面积(即1974年海冰面积与南极大陆面积之总和)上100百帕层(约16.5公里高度)以下的大气，可使整层大气升温4.3℃，即，1974年秋结冰过程中释放出的热量加热整层大气的结果要比1977年秋的升温高出4.3℃。
　　上述不同的加热状况，应该在相应的气压场和温度场上有反映。1974年9月，在南半球海平面图上，在南极地区，海平面气压距平值为负，中心值达-8hPa(图a)，即海平面气压比常年低；在离地约3000米高度上，南极地区的气温比常年高出2℃以上。相反，在1977年9月，在南极地区，海平面气压比常年高出2hPa，在离地约3000米高度上，南极地区气温比常年低2℃～8℃。
    其次，是南极地区海冰物理特性的变化。
　　多年冰和一年冰（新冰）在与大气热量交换中的差异。据观测，新冰（一年冰）在生成期间由于结晶而产生的月平均热通量（33.50W/m2）约为多年冰月平均热通量（12.95 W/m2）的2倍～3倍。统计表明，南极地区的冰多属一年冰（约占80%）。根据卫星资料统计，南极地区一年冰的面积约为16×106km2，多年冰的面积约为4×106km2。粗算起来，南极冰区与大气的热量交换约为587.8×1012W，它为考虑海洋-大气相互作用的数值模式提供了一个重要的物理参数。
    不同厚度的冰在与大气热量交换中的差异。观测研究表明，在冰的厚度为1厘米～100厘米时，海冰与大气间的热量交换变化最大。其中，通过冰层的热通量由500 W/m2减小到50 W/m2，变动10倍；冰面上的感热交换由330 W/m2几乎减小为零；潜热交换由70 W/m2减小到零；后两者变化更大。然而，当冰厚度越过100厘米后，各种热通量的变化就很小了。
　　上述结果提示我们，准确掌握南极地区冰厚度的分布以及冰厚度随时间变化的资料，非常必要。假设在南极地区的某一年中，厚度为10厘米的冰的分布面积变动10%，即2.04×1012m2，则通过冰层的热通量将变化510×1012W。可见，南极地区冰厚度分布的变化远比一年冰分布面积的变化更为重要。

现代环境变化的关键区

　　监测与研究现代环境变化，是当代与人类休戚相关的重要科学问题之一。在南极地区，尤其是人类活动影响最小的南极地区，它之所以成为现代环境变化的关键区，至少有如下两个内容。
　　第一，是寻找全球环境本底值的关键地区。所谓环境本底值，是个相对的概念，是指在不受或少受人类活动--尤其是工业活动--影响条件下的环境状态。前一节中曾提到，在南极地区冰盖中打钻采样可以得到各历史时期的空气样，从而得到未受人类活动影响时期的大气环境本底状态。本节将重点介绍当今南极地区仍可视为全球环境的本底值区。
　　从空气采样分析的大气成分表明，南极地区大气中所含的硅、硫、氯、钾、钙、铬、铁、铜和锌等九种元素的浓度比北京郊区的百花山要低2个～4个量级，即使和喜玛拉雅山脉东端的南迦巴瓦峰山区相比，也要低1个～3个量级。可见，南极地区可以作为这些元素的大气环境本底值区。
    从南极地区与其它地区冰雪样、水样的化学组分比较情况，可以看出，就全球范围来看，南极地区雪水样中的化学组分的离子浓度最小，珠蜂地区次之，其它地区本底站雪水样的化学组分的离子浓度均要比南极地区高出1个～2个量级。显然，南极地区冰雪样中各化学组分的总离子浓度也可作为全球的环境底值。
　　第二，南极臭氧洞的变化密切关系着人类的生存。近20年来南极地区上空臭氧洞的变化成了全社会关注的一大环境科学问题。原因在于，如果这个臭氧洞向人类活动聚居的北半球移动或扩展，必将危及人类的生命安全和伤害地球上的生物。
　　所谓臭氧洞，是指包围地球的大气圈中臭氧总量的极低值区域；人们形象地将它比喻为大气圈的臭氧层中出现了洞穴。所谓臭氧层，是指高度在20公里～30公里上空，围绕地球的一圈含臭氧量较高的薄层，它有吸收太阳紫外线的作用，可以防止过多的紫外线透过大气层直达地面，伤害地球上的生物。
    1970年以来，英国科学家在南极站上观测到，每年10月，南极大陆上空的臭氧总量均会减少。根据这个报导，美国科学家立刻查阅"雨云七号"卫星自1978年以来观测的臭氧总量资料，发现在每年10月左右，南极上空确实出现一片几乎与美国面积相当的臭氧总量低值区，并形象地称它为“臭氧洞”。
　　从此，南极臭氧洞引起了社会各界的关注。美国科学基金会投资亿万美元，支持科学家们对南极臭氧洞的观测研究。自1987年8月至1988年4月，美国科学家在南极地区进行了大规模的臭氧考察，289名科研人员分别在南极地区的麦克默多、阿蒙森-斯科特、帕尔默和塞普尔四站以及“极地公爵”号上进行臭氧观测。

　　观测结果和历史总量分析表明，自1979年以来，在每年南半球的春季，平流层（约在16公里～30公里高度）中的臭氧含量普遍减少，在8月底或9月初形成臭氧洞；9月～10月，臭氧洞继续扩大；11月，臭氧洞开始消失。至80年代末，南极地区上空臭氧总量仅为70年代的50%左右，1987年最低，有的地方比70年代减少了的近90%。1988年夏天（1月～2月），当臭氧含量低的空气团从南极洲上空移向新西兰上空时，两天内，新西兰上空的臭氧含量减少了20%，一度引起了人们的恐慌。这一事实说明，南极臭氧洞已开始波及新西兰，若继续扩大，可能会影响北半球地区。
　　南极臭氧洞向新西兰扩展，给世界敲响了警钟，各国纷纷加入了"臭氧洞"的研究行列，一个世界规模的“臭氧洞热”就这样兴起来了。科学家们把注意力集中于研究臭氧洞的形成与预测，以及如何防止臭氧洞的扩大。
　　当前，对南极臭氧洞形成原因的解释有三种，即大气化学过程解释，太阳活动影响和大气动力学解释。其一，大气化学过程解释，认为臭氧层中可以产生某种大气化学反应，将3个氧原子含量的臭氧（O3）分解为分子氧（O2）和原子氧（O），从而破坏了臭氧层；其二，太阳活动影响解释，认为当太阳活动峰年（即太阳活动强烈的时期）前后，宇宙射线明显增强，促使双电子氮化物（如NO2）与O3发生化学反应，使得奇电子氮化物（如NO3）增加，O3转换为O2；其三，大气动力学解释认为，初春，极夜结束，太阳辐射加热空气，产生上升运动，将对流层臭氧浓度低的空气输入平流层，使得平流层臭氧含量减小，容易出现臭氧洞。
　　然而，上述解释都有一定的片面性。大气动力学和太阳活动影响的解释都不能说明为什么臭氧洞在近年才发现，也不能解释现在已经发现的全球性的臭氧总量下降。大气化学过程解释能说明以上两个情况，但无法解释臭氧洞只在南极地区上空的春季被发现，而在北极地区上空并未被发现的事实，也无法解释1988年春臭氧洞显著减弱的现象。
　　近来，人们发现这样一个事实，即，冬季，在南极地区平流层内，因地表长波辐射不断冷却，使得气温可以下降到零下78℃以下，而北极地区平流层内达不到如此低的温度。
　　初步研究证明，当气温下降到零下78℃以下时，大气中的水汽吸收了硝酸分子后凝结，形成一种含硝酸的冰晶状极地平流层云（简称PSCs）。它首先形成PSCs Ⅰ型云。当平流层温度再降低几度，纯洁的水汽能够在大气中直接凝结（纯水汽的霜点为-85℃）时，在PSCs Ⅰ型云的表面凝结一层硬的冰壳，形成了PSCs Ⅱ型云。Ⅱ型云的云粒子重，在几个星期内足以下降几千米。由于PSCs中含有硝酸分子，会吸收气态的氮气，使平流层中的气态氮气含量减少，这就削弱了氮气对臭氧的保护作用。这是因为，氮气可以使活泼的氯基形态（即ClOx变为硝基氯，而硝基氯是很难与臭氧起化学反应、破坏臭氧的。再者，由于PSCs表面上的某种化学反应，能产生大量活泼的氯基形态（ClOx），将O3分解为O2和O，破坏臭氧层。
　　上述这种解释，初步能说明臭氧洞能在南极地区上空形成而不是在北极地区上空发现的事实。
　　迄今为止，南极地区上空臭氧洞形成的过程和原因，还不能说已经清楚了，还需进一步观测和研究。
　　目前，要预测南极臭氧洞的变化还很困难。最主要原因是历史资料的年代太短，只有30多年。如何反演臭氧总量历史资料，已开始引起科学家的关注。有人在1984年～1987年春测得南极点站降雪中的NO3值明显比过去增加，其中以1987年值为最大。众所周知，1984年～1987年春以来，南极臭氧总量年年下降，尤以1987年春的臭氧总量为最低；又知，在南极雪层中NO3值是比较稳定的；因此，这种现象有可能是这样引起的：在春季，南极平流层下部极地平流层云使硝酸盐变成低氧化态随雪下降的结果，如果春季降雪中NO3浓度值的增加与南极上空臭氧洞的加强有密切关系的话，则可有望从冰岩芯中测量NO3浓度值随年代的变化来代表臭氧洞强度的年际变化，从而反演南极臭氧的历史资料，为预测南极臭氧洞演变提供一个新的思路与方法。
　　如何防止臭氧洞再继续扩大，这更是社会关注问题。
　　一般认为，在人为因素中，工业上大量使用氟里昂气体是破坏臭氧层的主要原因之一。通常，氟里昂是比较稳定的物质，然而，当它被大气环流带到平流层（16公里～30公里）时，由于受太阳紫外线的照射，容易形成游离的氯离子。这些氯离子非常活泼，容易与臭氧起化学反应，把臭氧（O3）变成氧分子（O2）和氧原子（O），从而使臭氧总量减少，形成了臭氧洞。
　　据此，我们应该限制氟里昂的使用量，逐渐在冰箱、汽车和空调等制冷器中用其它制冷剂来代替氟里昂。中国同其它先进国家一样，已经开始了这方面的工作，国家环保局已专门设有限制破坏臭氧层的科学管理机构。
    社会各界关心臭氧洞的变化，无疑会推动保护臭氧层的工作。然而，臭氧洞到底有什么危害，它与人类和生物的关系是怎样的呢？
　　本来，在离地20公里～30公里的大气层内，是臭氧集中分布的地带，称作臭氧层，太阳辐射透过这层大气时，大量的臭氧吸收了波长较短的紫外线辐射（0.20微米～0.30微米波段），大大减弱了到达地面太阳辐射中的紫外线强度。然而，若臭氧层的臭氧含量大大减少，则吸收太阳紫外线辐射的能力减弱，到达地面的太阳辐射强度会增大。从医学上来说，较短波的紫外线辐射杀伤能力最大，能杀死细胞，破坏生物细胞内的遗传物质，如染色体、脱氧核糖核酸等，严重时会导致生物的遗传病，产生突变体，导致人类的皮肤癌。强烈的紫外线还可以穿透海洋10米～30米，使海洋浮游植物的初级生产力降低四分之三左右，抑制浮游动物生长。
　　人们一旦了解了臭氧洞的危害和形成原因，相信会对臭氧洞演变的预测和防止提出新的理论和方法。

南极的由来